神奇的“材料基因工程”計劃

“材料基因”構想最初在2011年由美國提出。它的提出主要是想重振美國制造業，將材料研究過程在原來的基礎上縮短一半、成本降低一半。因為材料科學家發現，一種材料從發現到投入使用大約需要十幾年，這個過程太過漫長，會耗費大量的時間成本、價錢成本。如果能將這個時間縮短一半，將對美國制造業的重振提供幫助。傳統意義上的材料是將集中材料混合，觀察它能否體現新的性能，但這樣一種方式必定會消耗大量時間。出于加快這個周期的愿望，科學家才提出了“材料基因工程”。

在這里，大家千萬不要將材料基因計劃跟人類的基因工程相混淆。對元素進行研究要從元素的原子結構出發，涉及元素的化學、物理、電子等層面，最后再進行計算機模擬。使用高通量的計算機、高通量的實驗來進行研究和探索，可以加速材料科學的發展。

首先通過計算機的數據處理，科學家就可以把現有元素所有的物理、化學特性集中起來，然后人為地設計它們的成分和性能，再通過計算機模擬就能檢驗這種方法是否可行。高通量的實驗利用一種類似于芯片的技術。科學家把芯片分隔成128個或者256個區間，然后放到真空裝備里進行涂膜，這樣就能根據需求來調配每個區間的材質，等于一次制作了256個不同的組分以供研究人員對其進行快速分析測定。這就叫做高通量實驗，配合高通量計算來確定大概的范圍，最后再用高通量實驗進一步選定，就能大大縮短材料研發過程。

美國在一些重要領域已經開展了相關研究工作，包括新能源，如鋰電池、熱電材料的研究。本報整理